纳米介孔分子筛协同膨胀阻燃剂阻燃不饱和橡胶及机理研究

为进一步提高膨胀阻燃体系的阻燃效果，在改善基体材料力学性能的基础上减小阻燃剂用量，研究单分散的纳米介孔分子筛（具有双纳米结构，即纳米级的颗粒尺寸和纳米级的孔道结构）改性后作为膨胀型阻燃剂的协效剂在不饱和橡胶体系中应用。通过将膨胀阻燃剂微胶囊化，和引入双键修饰或将具有阻燃作用有机改性剂修饰负载纳米介孔分子筛，解决纳米介孔分子筛和膨胀型阻燃剂在橡胶基体中的均匀分散以及增加纳米材料与橡胶间的相互作用，提高阻燃性能。通过阻燃性等考查改性纳米介孔分子筛与膨胀阻燃剂（IFR）对不饱和橡胶热降解和阻燃性能的影响规律；考查改性纳米介孔分子筛与膨胀阻燃剂对不饱和橡胶力学性能与热力学性能的影响；通过微观结构等分析手段研究炭层形貌及结构；建立阻燃模型和给出合理的改性纳米介孔分子筛与IFR协同阻燃机理；研究各组分的热解动力学过程，运用优化理论和方法，优化阻燃体系；使之应用于不同阻燃场合的需要提供理论依据。

膨胀型阻燃剂（IFR）中聚磷酸铵（APP）具有较强的吸湿性，不仅严重影响材料的阻燃性而且还会引起材料力学性能以及加工性能的下降。为了改善膨胀型阻燃剂吸湿性以及其与基体的相容性，分别采用微胶囊化的密胺树脂和环氧树脂包覆APP，并进一步采用介孔分子筛MCM-41作为协效剂。结果表明，微胶囊化的APP吸湿性有了很大程度的改善，与环氧树脂相比采用密胺树脂作为囊材包覆效果更好。将微胶囊化APP添加到天然橡胶中，测试结果表明相比不含有微胶囊APP的橡胶体系，含有微胶囊APP的橡胶体系氧指数最高提高了 2.4，拉伸强度最高提高1.72MPa；进一步相比于未添加协效剂的体系，添加了MCM-41作为协效剂的体系氧指数及力学性能均有一定提升。由以上结果可知采用微胶囊技术虽然能够在一定程度上提高橡胶体系的阻燃及力学性能，但提高的幅度并不理想。且SEM结果表明包覆效果也未达到预想结构，甚至局部出现团聚现象。因此，为了进一步改善包覆效果以及橡胶体系的阻燃性能和力学性能，采用密胺树脂微胶囊化包覆APP和MCM-41，并选用聚丙烯醇（PVA）对微胶囊表面进行修饰。同时，在单包覆微胶囊化和PVA修饰微胶囊表面的的基础上，采用密胺树脂和硼酸锌对APP进行双包覆微胶囊化，结果表明，硼酸锌作为外层囊材，在内层包覆不够完整的时候，外层硼酸锌能够很好的填补缺陷部分，将MCM-41共同包覆在微胶囊内，能够有效预防MCM-41在橡胶基体中的团聚现象。然而由于双层微胶囊的外层囊材为无机物硼酸锌，其在与有机的橡胶基体相容性方面仍然存在问题。所以为了改善IFR与橡胶基体的相容性，在上述基础上，采用有机硅材料代替无机材料硼酸锌作为双层微胶囊的外层囊材。并进一步使用不同的偶联剂(乙烯基硅烷偶联剂A172/KH550/含磷钛酸酯偶联剂PTCA)对微胶囊表面进行处理，使微胶囊与橡胶基体形成不同结构的界面。偶联剂的界面改性大大提高了微胶囊与橡胶基体的相容性，形成的稳定界面不仅提高了橡胶的机械性能，同时橡胶的阻燃性能以及热稳定性也得到了相应的提高。测试结果表明乙烯基硅烷偶联剂（A172）形成的界面最稳定，与基体的相容性最好。与未使用偶联剂改性的微胶囊的橡胶体系相比，阻燃性能、力学性能、热稳定性能以及微胶囊与基体的相容性均有大幅度提升。